儀器儀表在甚高頻通信測試中的應(yīng)用研究

孫瑞

中電科儀器儀表有限公司 山東青島 2 6 6 5 5 5

甚高頻地空通信是民用航空運(yùn)輸和交通控制的重要組成部分，是保障民航運(yùn)輸安全的重要手段。近年來，隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，航班流量不斷增加，對空中交通管制部門的保障能力要求越來越高，對管制手段的可靠及有效性要求越來越高，對地空指揮通信質(zhì)量的要求也越來越高。而通信質(zhì)量的要求主要體現(xiàn)在通信覆蓋范圍以及通話效果，所以這也對通信設(shè)備的保障水平提出了更高的要求。

1 儀器儀表功能及原理

目前測試甚高頻設(shè)備主要使用綜合測試儀和頻譜分析儀。

綜合測試儀是一種集各種電子測量儀器于一體的無線電測試儀器，它內(nèi)置信號發(fā)生器、頻率計、頻率偏差計、音頻電壓表、示波器、失真計、濾波器、頻譜儀、調(diào)制解調(diào)功能，通過自身的信號發(fā)生器產(chǎn)生測試信號，經(jīng)過被測設(shè)備后，分析比較測試結(jié)果，可以大大簡化測試步驟和縮短測試時間。一臺綜合測試儀就可以完成甚高頻電臺收發(fā)參數(shù)、饋線、天線、濾波器、射頻連接器件等絕大多數(shù)的測試目標(biāo)，已經(jīng)成為日常維護(hù)不可缺少的工具[1]。

頻譜分析儀是一種分析頻域信號的測試儀器。通過使用具有連續(xù)變化的中心頻率的窄帶帶通濾波器選通被測信號，依次選擇信號中的相應(yīng)頻率分量以圖形方式顯示頻率和頻譜圖的信號幅度分布，在儀表屏幕上顯示頻率和信號電壓對應(yīng)關(guān)系。早期是用于對未知信號的觀察，而后發(fā)展為對信號參數(shù)的測試。

頻譜分析儀可以完成的測試功能如下：

（1）信號頻率的測試。通過信號頻率選通的方式實現(xiàn)對被測信號頻率的測試，同時提供頻點(diǎn)標(biāo)記功能，便于測試人員觀察。

（2）信號幅度的測試。絕對測試：頻譜分析儀通過內(nèi)置幅度校正進(jìn)行幅度測量，可以直接用光標(biāo)定位，測試精度較高。相對測試：通過寬頻范圍掃描進(jìn)行信號幅度相對測試。

（3）信號失真的測試。通過顯示信號的每個諧波幅度來確定失真的幅度，還可以直接測試信號的互調(diào)失真。

（4）調(diào)制信號的調(diào)制度可以直接測試信號的幅度調(diào)制度。

（5）頻率穩(wěn)定度的測試。

（6）噪聲的測試。

（7）通過選件跟蹤信號發(fā)生器，可以具備網(wǎng)絡(luò)分析儀測試功能。

（8）用頻譜分析功能，分析突發(fā)的信號。

（9）通過小信號分析功能進(jìn)行干擾測試。

2 儀器儀表在民航甚高頻通信測試中的應(yīng)用

民航所使用的甚高頻設(shè)備，如果要保證良好的通信質(zhì)量，必須對設(shè)備的頻率準(zhǔn)確度、收發(fā)信號強(qiáng)度、雜散、器件衰減等方面提出較高的要求。而綜測儀和頻譜分析儀的以上功能在民用航空甚高頻測試方面有很好地應(yīng)用場景。

2.1 頻率準(zhǔn)確度測試

甚高頻設(shè)備的發(fā)射頻率是發(fā)射機(jī)測試的重要指標(biāo)，發(fā)射機(jī)的頻率準(zhǔn)確度綜合測試儀、頻率計、頻譜分析儀可以執(zhí)行相同的功能。其中頻率計和頻譜分析儀測試精度更高，頻譜儀測試頻率是通過內(nèi)置的基于鎖相環(huán)電路的本地振蕩器確定測試精度。如常用的RS公司的FSH3型號頻譜分析儀，內(nèi)置高精度1Hz分辨率頻率計數(shù)器和光標(biāo)計數(shù)器，頻率讀數(shù)分辨率最高可達(dá)10Hz，可以對極低電平信號執(zhí)行非常精確的頻率測試[2]。

2.2 信號強(qiáng)度的測試

綜合測試儀、功率計、頻譜分析儀可以完成信號強(qiáng)度（功率）的測試。綜合測試儀、功率計測試較為方便，而頻譜分析儀在測量載波信號功率方面具有較大的優(yōu)勢。頻譜分析儀有頻段選擇功能，對多載波信號功率、功率密度、平均功率（大幅度變化的信號）和頻帶中的總功率（擴(kuò)頻信號）能夠直觀地顯示；此外，頻譜分析儀具有更高的測量精度和校準(zhǔn)功能，可以在測試中去除由連接的饋線及射頻元器件帶來的測試誤差，使測試精度更高。部分頻譜儀配備功率探頭選件，可以擴(kuò)大測試范圍，測試強(qiáng)度較高信號更加方便。

2.3 干擾信號的測試

無線電干擾一直是困擾民航通信的重要問題，干擾的產(chǎn)生會直接影響地空通信質(zhì)量，縮短通信距離，造成導(dǎo)航員與空中交通管制員之間的通話困難，嚴(yán)重影響飛行安全[3]。近年來，隨著各種無線電設(shè)備的增加，特別是無繩電話和調(diào)頻廣播電臺不規(guī)范的超大功率發(fā)射，對民用無線電專用頻段的干擾日益嚴(yán)重，對于干擾的排查，除了加強(qiáng)與當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理部門的溝通和協(xié)調(diào)外，作為維護(hù)人員，如何及時發(fā)現(xiàn)和消除無線電干擾已成為當(dāng)前必須面對的問題，在實際應(yīng)用中，可以運(yùn)用場強(qiáng)儀、頻譜儀加定向天線的方法對來自地面的干擾做一個初步地判斷[4]。

民用航空受到的干擾來自兩個方面，一是空中干擾，鑒于甚高頻信號的空間波傳播特性，確定干擾源較為困難，此類干擾更多依靠當(dāng)?shù)責(zé)o線電委員會多方面定位及聯(lián)合排查；而另一種來自地面的干擾，空間波在地表傳播的距離有限，用場強(qiáng)儀及頻譜儀FSH3配合HE200定向天線，基本上可以完成干擾信號的搜索和定位。

利用頻譜分析儀超外差掃描調(diào)諧接收器的工作原理，通過測量調(diào)頻段的變化信號，觀察信號的幅度和頻率信息，頻譜儀具有測試較寬頻率范圍和較高靈敏度的能力，是一種比較適合測量干擾的儀器[5]。

3 結(jié)語

甚高頻電臺是民用航空地面管制人員與飛行機(jī)組的主要通信設(shè)備，其性能直接影響地空通信距離和通話效果，保證甚高頻設(shè)備的性能指標(biāo)符合通信要求是擺在設(shè)備保障人員面前的重要課題。通過對儀器儀表的原理的研究，結(jié)合甚高頻測試要求，探討儀器儀表在甚高頻通信測試中的應(yīng)用方法。